JPS6392248A - 電気掃除機用交流整流子電動機 - Google Patents

電気掃除機用交流整流子電動機

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JPS6392248A
JPS6392248A JP23464686A JP23464686A JPS6392248A JP S6392248 A JPS6392248 A JP S6392248A JP 23464686 A JP23464686 A JP 23464686A JP 23464686 A JP23464686 A JP 23464686A JP S6392248 A JPS6392248 A JP S6392248A
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田原 和雄
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春雄 小原木
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安部 岳志
Nobuyuki Yamashita
信行 山下
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は無補極の単相交流整流子電動機に係り、特に入
力制御を行う電気掃除機用電動機に好適な交流整流子電
動機に関する。
〔従来の技術〕
従来、整流子電動機の整流改善策として、特公昭36−
23060号に記載のように、電機子の同一スロット内
において、回転方向に対して前位のコイルの巻回数を後
位のコイルの巻回数より大きく設定してリアクタンス電
圧を低減し、整流火花を小さくしてブラシ寿命を向上す
る方法が提案されている。しかし、この従来技術のよう
に、単に前位のコイルの巻回数を後位のコイルの巻回数
より大きくするだけではブラシ寿命を向上することは不
可能で、前記のコイル辺の巻回数と後位のコイル辺の巻
回数との比が一定の範囲を外九ると逆に同一巻回数の場
合よりもブラシ寿命が低下してしまう。このため、特公
昭61−14744号に記載のように、ブラシの比抵抗
を2 X 104(μΩ−alり以下にして電動機効率
を向上する場合、前位のコイル辺の巻回数Nlと後位の
コイル辺の巻回数NZとの比(Nz/Nz)に最適値が
あり、その比を1.6〜2.8 にすると電動機効率及
びブラシ寿命を向上できることが述べられている。
しかしながら、上述した方法はすべての電気掃除機用交
流整流子電動機の全てに適用できず、最近の最大入力を
大きくして入力制御を行う電気掃除機用交流整流子電動
機ではブラシ寿命及び効率の点から、入力制御範囲で良
好な結果が得られないことが実験等により明らかとなっ
た。
〔発明が解決しようとする問題点〕
上記従来技術は交流整流子電動機の最大入力500W以
上、最大入力時の電動機回転数2300Orpm以上に
設定した場合、ブラシの比抵抗が10000(μΩ−c
l+)以下ではブラシからの火花が大きくなるために、
ブラシ寿命が短くなり、実用に供し難いことが明らかと
なった。このため、本発明の目的は高効率化及びブラシ
寿命の観点から従来技術の欠点を解消し、従来より入力
を増し、かつ、高速化を図った入力制御を行う交流整流
子電動機でも十分なブラシ寿命と効率が得られるように
電機子スロット内の前位のコイル辺の巻回数と後位のコ
イル辺の巻回数の比及び適用ブラシの比抵抗を最適値に
設定する。これにより高効率で、かつ。
ブラシ寿命の長い入力制御を行う交流整流子電動機を提
供することにある。
〔問題点を解決するための手段〕
上記目的は同一スロット内の前位のコイル辺の巻回数を
後位のコイル辺の巻回数の比を1.6〜3.2 に選定
するとブラシ材の比抵抗を2X10’(μΩ−国)〜8
.2 X 10番(μΩ−a=)の範囲内に設定するこ
とにより、達成される。
〔作用〕
入力制御を行う電気掃除機用交流整流子電動機は交流を
半導体素子であるトライアックで位相制御を行って、電
動機印加電圧を可変する構成となっているので、電動機
の入力は通常の入力制御を行なわない機種に比較して大
きく設定される。このため電機子巻線が整流を受ける間
、リアクタンス電圧によるものと、変圧器起電力による
火花が入力制御を行なわない機種に比して大きくなる。
このため、従来のブラシ寿命と効率を維持するにはコイ
ルの巻回数の比と適用ブラシの比抵抗の適正化を図るこ
とが必要である。これによって入力が増加しても各整流
子片に接続されているコイルの整流性能を等しくするこ
とができる。この結果、ブラシ火花の最少化と高効率化
が図られ、ブラシ寿命を向上することができる。
〔実施例〕
以下、本発明の一実施例を第1〜6図により説明する。
第2図は本発明が適用される入力制御を行う無補極の電
気掃除機用交流整流子電動機の構造側を示す、差し込み
プラグ1を電源コンセント(図示せず)に差し込み、電
源コード2を介して電力を入力制御装置3に入力し、入
力制御装置3から所要の出力を得て界磁巻n32を励磁
し、ブラシ28から整流子26を介し電機子巻線24に
電流を流して回転力を発生させ、シャフト16の端部に
設けたファン(図示せず)を回転させて電気掃除機に必
要な吸引力を得る。なお、交流整流子電動機の構造をも
う少し詳しくみてみると、ハウジング12内には両端を
軸受14A、14Bで支承されたシャフト16が配置さ
れている。該シャフトには円周上に複数個のスロット1
8が形成された電機子鉄心20が固定され、該鉄心には
各スロット内に巻回された複数個のコイル22で構成さ
れた電機子巻線24が巻装されている。シャフト16の
一端には円周方向に配列された複数個の整流子片26A
、26B・・・からなる整流子26が固定されている。
整流子26の外周面にはハウジング12に支承されてい
るブラシ保持器31内に設けた弾性体29により押圧さ
れたブラシ28が接触している。ハウジング12には、
電機子鉄心20の外周に対応した位置に固定子鉄心30
が固定さ九、該固定子鉄心には界磁巻線32が巻回され
ている。
第1図は本発明が適用される電機子の展開図で。
2極機(全節巻の例)でスロット当りに上、下層のそれ
ぞれのコイル辺数が2の場合を示し、電機子コイル辺2
2A、22B・・・の各スロット18内への巻装状態を
示している1図において、コイル辺22Aは、コイル始
端を整流子片26Aに接続され、スロット18Bとスロ
ット18Aに挿入され、コイル終端が整流子片26Bに
接続される。
同一のスロット18Bとスロット18Aに挿入される他
のコイル辺22Bは、コイル辺始端を整流子片26B、
コイル終端を整流子片26Gに接続する。同様にコイル
辺22C,コイル辺22Dはスロット18Cとスロット
18Bに挿入され、コイル始終端を整流子26に接続し
ている。ここで、電機子の回転方向を矢印のX方向とす
るとブラシ28Aとブラシ28Bの位置は、コイル辺2
2Aとコイル辺22Gの整流が終了しようとしている時
点を示し、電機子が111流子片の間隔Tcだけ回転し
た場合であるブラシ28A1とブラシ28B1の位置は
、コイル辺22Bとコイル辺22Dの整流が終了する時
点を示したものであり、すなわち、同一スロット中にあ
るコイル辺22Aとコイル辺22Bでは、コイル辺22
Aの方が先に整流を終えるので前位のコイルとなり、コ
イル辺22Bは後から整流を終えるので後位のコイルと
なる。
本発明は、同一スロット内に巻装される前位のコイル辺
の巻回数N1と後位のコイル辺の巻回数Nzとの比であ
るNx/Nzの値と適用するブラシ28の比抵抗の値に
対して最適範囲を見出し、ブラシの長寿命化と電動機効
率の向上を図れる特定の範囲を限定したものである。ま
ず、第3図でリアクタンス電圧と変圧器起電力を説明す
る。
一般に入力制御を行う機種は被清掃面に対応して入力制
御を行うので、電動機の入力を大きく設定する。このた
め回転数を高くして入力を増加し、電動機の外形寸法は
従来並みに維持しようとするのが通例である。この結果
、整流性能が悪化してブラシ火花が大きくなる。この火
花要因を次に述べる。
交流整流子電動機は交流電流が流れるために整流火花の
発生する要因として2つある。1つは直流機と同様に第
3図(ハ)に示すように整流コイルがブラシ下を通過す
る間に、整流コイル中の電流方向が反転する時に整流コ
イルの持つインダクタンスLで次式で示すリアクタンス
電圧が発生し、電流変化を遅らす作用をなすために整流
子片26Aがブラシ28Aから離れる時にブラシの端面
から火花を発生させる。
er=L (d i/d t)      ”’ (1
)なお、リアクタンス電圧erの影響による火花は第3
図(イ)、(ロ)に示すように電機子電流の大きい時に
発生する。また、(1)式のインダクタンスLは同一ス
ロット中の各コイルで異なる。
すなわち、第1IyIで示したよう前位のコイルである
コイル辺22Aの整流終了はコイル辺22Bがブラシ2
8Aで短絡されているので相互誘導作用により、コイル
辺22Aのインダクタンスが小さくなる。逆に後位のコ
イルであるコイル辺22Bの整流終了時は同一スロット
内にブラシで短絡されたコイルが存在しないのでインダ
クタンスが大きくなる。このため、前位のコイルの巻回
数を多くし、後位のコイルを巻回数を少くして、各コイ
ルのりアクタンス電圧を等しくしようとするのが従来か
らの考え方である。しかし、両コイルの巻回数の比を単
に大きくしたのでは変圧器起電力に対しては不利となる
。変圧器起電力は第2図に示すように界磁巻線32を交
流電流で励磁すると主磁束も交番し5例えば第3図(=
)に示すO印の方向に主磁束が変化しようとするとブラ
シで短絡されている整流中のコイル内に変圧器作用によ
り短絡電流Ltが流れ、この電流が流れている状態で整
流子片26Aがブラシ28Aから離れる時にブラシ28
を介して電流itが流れているために火花を発生する。
なお、変圧器起電力etは次式%式% ここで、kは係数、fは励磁電流の周波数、φ。
はブラシで短絡された整流コイルを通過する主磁束量及
びNはそれぞれの整流コイルの巻回数である。
(2)式より、変圧器起電力の大きさは整流コイルの巻
回数が大きい方が大きくなる。したがって、リアクタン
ス電圧のみに着目して前位のコイルの巻回数を大きくす
ると、逆に変圧器起電力が大きくなり、逆に火花が大き
くなることになる。
第4図は前位のコイルと後位のコイルの巻回数比(Nx
/N2.)に対する前位及び後位のコイルに誘起するり
アクタンス電圧と変圧器起電力の関係を示す、(イ)の
りアクタンス電圧をみると巻回数比を増すにつれて後位
のコイルのリアクタンス電圧が減少し、リアクタンス電
圧の大きさを火花の大きさから許容される最大リアクタ
ンス電圧erwaを設定することができ、本発明では巻
回数比の最少値は1.6 が良いことがわかった1次に
(ロ)の変圧器起電力との関係をみると巻回数比を大き
くすると前位のコイルの巻回数が大きくなるので(2)
式より巻回数に比例して変圧器起電力が増大する結果と
なる。このため変圧器起電力による火花の大きさを許容
火花内に抑えようとすると巻回数の最大は3.2である
ことがわかった。
このように、前位のコイルと後位のコイルの巻回数の比
にはりアクタンス電圧による火花を変圧器起電力による
火花とから、適正な値としてN1/Nxが1.6〜8.
2であることがわかった。
第5図は巻回数比を最少1.6 と最大3.2 に設定
した時のブラシの比抵抗に対するリアクタンス電圧によ
る短絡電流irの大きさと変圧器起電力による短絡電流
itの変化を示す、これより、ブラシの比抵抗が2.0
X104(μΩ−cm)以下ではいずれの電圧に対して
も短絡電流が大きく、所要の火花範囲に入らないことが
わかった。このため、ブラシ比抵抗が大きいほど、短絡
電流が減少して1発生する整流火花が小さくなるが、損
失が増加して効率が低下するのでむやみに大きくするこ
とはできない。
第6図は前位のコイルと後位のコイルの巻回数比N 1
 / N zを2.3 に設定した6台のモータを対象
にブラシ比抵抗の異なる材質を各々に取付けて測定した
場合の電動機効率ηとブラシ寿命Qを示す。
これより、ブラシ比抵抗が2.OX 10’(μΩ−a
n)以下では整流火花が大きく、効率的には高いがブラ
シ寿命が短かくなることがわかった。このためブラシ寿
命からブラシ比抵抗は2.0XIO’(μΩ−1)以上
にすべきである。逆に。
比抵抗を大きくするとブラシ火花が小さくなりブラシ寿
命が伸びるが効率が低下する。したがって、効率の点か
らはブラシの比抵抗を8,0X104(μΩ−ロ)以下
が良いことがわかった。すなわち、ブラシ比抵抗の適正
範囲は2.OX 10’〜8.0X10’(μΩ−1)
であることが確認できた。このように前位のコイルと後
位のコイルの巻回数比とブラシ比抵抗の適用する範囲の
適正化を図ればブラシ寿命及び効率も向上することがで
きる。このため、さらに高速化を図ることが可能になる
〔発明の効果〕
本発明によれば、入力制御を行う電気掃除機用の単相交
流整流子電動機の整流悪化要因を明らかにし、リアクタ
ンス電圧と変圧器起電力の許容値から前位のコイルの巻
回数N1と後位のコイルの巻回数N2との巻回数比(N
z/Nz)を最適な値である1、6〜3.2に設定し、
かつ、巻回数比とブラシ比抵抗とが密接に関係している
ため、最適な巻回数比1,6〜3,2に対応する最適な
ブラシ比抵抗は、2X10番〜8.0×10番(μΩ−
all)にある、これより両者の値の範囲に選定するこ
とにより、整流性能を向上することができ、入力制御に
よる電動機の最大入力を増加することができ。
かつ、高速化が可能となる。また、電動機効率。
ブラシ寿命とも向上できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明が適用される交流整流子電動機の電機子
コイル及びスロットの位置関係を示す概略説明図、第2
図は整流子電動機の概略縦断面図、第3図はりアクタン
ス電圧と変圧器起電力の概略説明図、第4図は巻回数比
Nl/NZに対するリアクタンス電圧と変圧器起電力の
関係、第5図はブラシ比抵抗に対するリアクタンス電圧
による短絡電流及び変圧器起電力による短絡電流の関係
、第6図はブラシ比抵抗に対するブラシ寿命及び電動機
効率の関係を示す図である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、電機子に形成された多数のスロットと、これらのス
    ロット内に包装された複数のコイル辺と、これらのコイ
    ル辺にそれぞれ電流を供給するブラシと、前記電機子の
    外側に配され、前記電機子に磁気力を付与するための界
    磁巻線を具備させた固定子鉄心と、前記複数のコイル辺
    のうち回転方向前位のコイル辺の巻回数を回転方向後位
    のコイル辺よりも大きくし、前記界磁巻線に供給する電
    圧、電流のいずれか一方、あるいは両者を制御する入力
    制御装置とを具備したものにおいて、 前記前位のコイル辺の巻回数N_1と後位のコイル辺の
    巻回数N_2との比を1.6〜3.2の範囲とし、かつ
    前記ブラシは、比抵抗を2.0×10^4〜8.0×1
    0^4(μΩ−cm)の範囲の材料で構成したことを特
    徴とする電気掃除機用交流整流子電動機。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS5833960A (ja) * 1981-08-21 1983-02-28 Hitachi Ltd 整流子電動機

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS5833960A (ja) * 1981-08-21 1983-02-28 Hitachi Ltd 整流子電動機

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